機械制造技術(shù) 吉衛(wèi)喜 編 第三章 工藝基本知識

第三章機械加工工藝的基本知識

1.生產(chǎn)過程指把原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。機械工廠的生產(chǎn)過程一般包括原材料的驗收、保管、運輸，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備，毛坯制造，零件加工（含熱處理），產(chǎn)品裝配，檢驗以及涂裝等。一、生產(chǎn)過程和工藝過程第一節(jié)基本概念企業(yè)組織產(chǎn)品生產(chǎn)的模式：

1）生產(chǎn)全部零部件、組裝機器。2）生產(chǎn)一部分關(guān)鍵的零部件，其余的由其它企業(yè)供應(yīng)。

3）完全不生產(chǎn)零部件，自己只負(fù)責(zé)設(shè)計與銷售。

企業(yè)在市場導(dǎo)向下，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程主要可劃分為四個階段，即新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品銷售和售后服務(wù)階段。2.工藝過程

把生產(chǎn)過程中改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和物理、力學(xué)性能等，使其成為成品或半成品的過程稱為工藝過程。

工藝過程可根據(jù)其具體工作內(nèi)容分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、表面處理、裝配等不同的工藝過程。

鑄造、鍛造、沖壓、焊接工藝過程熱處理工藝過程機械加工工藝過程裝配工藝過程二、生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝系統(tǒng)1．機械加工工藝系統(tǒng)

傳統(tǒng)的機械制造過程，尤其是進行單件小批生產(chǎn)時，基本上是一個離散的生產(chǎn)過程。各個工步、工序之間甚至可以不相關(guān)聯(lián)。切削過程中機床、刀具、夾具、工件等，被視為各自獨立的單元。通過長年的生產(chǎn)經(jīng)驗的積累，并隨著機械制造由一種勞動技藝逐步轉(zhuǎn)化成一門工程技術(shù)學(xué)科時，人們才逐漸認(rèn)識了“工藝系統(tǒng)”這個科學(xué)的概念，以及它在制造過程中的作用和價值。

前文所述的把工藝過程看作物質(zhì)流動、信息流動、能量流動(簡稱物質(zhì)流、信息流和能量流)的綜合動態(tài)過程，是在時間上的一種描述。對于物質(zhì)流來說，這種物質(zhì)的流動還必須存在于一定的空間，也就是工藝系統(tǒng)。一般把機械加工中由機床、刀具、夾具和工件組成的相互作用、相互依賴，并具有特定功能的有機整體，稱為機械加工工藝系統(tǒng)，簡稱為工藝系統(tǒng)。對信息流和能量流來說，也同樣以工藝系統(tǒng)為其存在的空間。把“系統(tǒng)”的概念引入制造過程，只是指示人們在制造過程中對各種現(xiàn)象和問題進行認(rèn)識、分析和解決時，不要局限于對各個單一因素作孤立的研究，而應(yīng)該把工藝過程、生產(chǎn)過程的全過程中的各有關(guān)要素看成一有機整體，并從系統(tǒng)的視角作全面的分析和研究，才能對加工質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量以及制造過程實行有效的控制和管理，并取得理想的效果。優(yōu)質(zhì)的機床、刀具、夾具和工件毛坯，并不一定能獲得優(yōu)良的加工質(zhì)量，而只有在工藝系統(tǒng)中，對四者進行合理的配置或優(yōu)化組合，才能取得事半功倍的效果。

機械加工工藝系統(tǒng)的整體目標(biāo)是在特定的生產(chǎn)條件下，適應(yīng)環(huán)境要求，在保證機械加工工序質(zhì)量和生產(chǎn)率的前提下，采用合理的工藝過程，并盡可能降低工序的加工成本。因此，必須從系統(tǒng)這個整體出發(fā)，去分析和研究各種有關(guān)問題，才能實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳工藝方案。

2.機械制造系統(tǒng)

如果以整個機械加工車間為更高一級的系統(tǒng)來考慮，則該系統(tǒng)的整體目標(biāo)就是使該車間能最有效地全面完成所承擔(dān)的零件機械加工任務(wù)。機械加工過程中，將毛坯、刀具、夾具、量具和其它輔助物料作為“原材料”輸入機械制造系統(tǒng)，經(jīng)過存儲、運輸、加工、檢測等環(huán)節(jié)，最后作為機械加工后的成品輸出，形成物質(zhì)流，由加工任務(wù)、加工順序、加工方法、物質(zhì)流要求等確定的計劃、調(diào)度、管理等屬于信息流。機械制造系統(tǒng)中能量的消耗及其流程為能量流。圖3-2所示為機械制造系統(tǒng)圖。3．生產(chǎn)系系統(tǒng)如果以整個個機械制造造工廠為整整體，為了了實現(xiàn)最有有效的經(jīng)營營管理，以以獲得最高高的經(jīng)濟效效益，則不不僅要把原原材料、毛毛坯制造、、機械加工工、熱處理理、裝配、、油漆、試試車、包裝裝、運輸和和保管等屬屬于物質(zhì)范范疇的因素素作為要素素來考慮，，而且還必必須把技術(shù)術(shù)情報、經(jīng)經(jīng)營管理、、勞動力調(diào)調(diào)配、資源源和能源利利用、環(huán)境境保護、市市場動態(tài)、、經(jīng)濟歐策策、社會問問題和國際際因素等信信息作為影影響系統(tǒng)效效果更為重重要的要素素來考慮。。工廠是社會會生產(chǎn)的基基層單位，，在市場經(jīng)經(jīng)濟體制下下，工廠應(yīng)應(yīng)根據(jù)市場場供銷情況況及自身的的生產(chǎn)條件件，決定自自己生產(chǎn)的的產(chǎn)品類型型和產(chǎn)量，，制定生產(chǎn)產(chǎn)計劃，進進行產(chǎn)品設(shè)設(shè)計、制造造和裝配等等，最后輸輸出產(chǎn)品。。所有這些些生產(chǎn)活動動的總和，，用系統(tǒng)的的觀點來看看，就是一一個具有輸輸入和輸出出的生產(chǎn)系系統(tǒng)。圖3-3為生生產(chǎn)系統(tǒng)圖圖。隨著計算機機技術(shù)和信信息技術(shù)的的飛速發(fā)展展，以運籌籌學(xué)為理論論基礎(chǔ)，以以計算機為為工具的系系統(tǒng)工程理理論和實踐踐在制造過過程中獲得得日益廣泛泛的應(yīng)用，，促使機械械制造技術(shù)術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)質(zhì)的飛躍。。機械制造自自動化生產(chǎn)產(chǎn)的較高級級的層次FMS(柔柔性制造系系統(tǒng))和CIMS(計算機集集成制造系系統(tǒng))，就是近幾十十年來，特特別是近20年來，，微電子科科學(xué)與技術(shù)術(shù)、計算機機科學(xué)與技技術(shù)、系統(tǒng)統(tǒng)科學(xué)與技技術(shù)、信息息科學(xué)與技技術(shù)、人工工智能技術(shù)術(shù)、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實技術(shù)等等，與機械械制造技術(shù)術(shù)相結(jié)合的的產(chǎn)物。它它們?yōu)闄C械械制造自動動化提供了了重要的系系統(tǒng)理論、、方法與實實現(xiàn)的技術(shù)術(shù)，使生產(chǎn)產(chǎn)系統(tǒng)與制制造系統(tǒng)的的各個子系系統(tǒng)之間，，能夠用統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)據(jù)形式、語語言定義實實現(xiàn)言息傳傳遞與信息息資源共享享，從而取取代產(chǎn)品工工程圖樣與與其它技術(shù)術(shù)文件。利利用計算機機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)術(shù)實現(xiàn)各子子系統(tǒng)互連連，可構(gòu)成成一個具有有有機聯(lián)系系的整體，，即自動化化工廠。CIMS充充分反映了了制造系統(tǒng)統(tǒng)的這一新新發(fā)展。一個或一一組工人人在一個個工作地點點，對一個個或同時時對幾個個工件所所連續(xù)完成的那那部分工工藝過程程叫工序序。三、工藝藝過程及及其組成成零件的制制造過程程是指按按一定順順序直接接改變生生產(chǎn)對象象的形狀狀、尺寸寸，物理理、化學(xué)學(xué)、力學(xué)學(xué)性能，，以及決決定零件件相互位位置關(guān)系系的過程程，簡稱稱為工藝過程程。工藝過過程是生生產(chǎn)過程程中的主主要部分分。1.工工序序工序是指一個個（或一一組）工工人在同同一個工工作地對對一個（（或同時時對幾個個）工件件連續(xù)完完成的那那一部分分工藝過過程。工人、工工作地和工件三不變加加上連續(xù)完成成是構(gòu)成工工序的四四個要素素，工序是是組成工工藝過程程的基本本單元。。工序數(shù)目目和工藝藝過程的的確定與與零件的的技術(shù)要要求、零零件的數(shù)數(shù)量和現(xiàn)現(xiàn)有工藝藝條件等等有關(guān)，，如階梯梯軸零件件的加工工。如圖所示示工件，，可按下下列兩種種方案加加工。方案Ⅰ：：對一個個工件鉆鉆孔①，，然后調(diào)調(diào)頭車外外圓②。。此方案中中兩個表表面的加加工屬同同一道工工序。方案Ⅱ：：鉆孔孔①對對一批批工件；；車外圓②②對對一一批工件件。此方案中中兩個表表面的加加工分屬屬兩道工工序。在車床上上加工一一批軸，，既可以以對每一一根軸連續(xù)地進行粗加加工和精精加工，，也可以以先對整整批軸進進行粗加加工，然然后再依依次對它它們進行行精加工工。在第一種種情形下下，加工工只包括括一個工工序；在第二種種情形下下，由于于加工過過程的連連續(xù)性中中斷，雖雖然加工工是在同同一臺機機床上進進行的，，但卻成成為兩個個工序。。工序是組組成工藝藝過程的的基本單單元，也也是生產(chǎn)產(chǎn)計劃的的基本單單元。工序號工序內(nèi)容設(shè)備1車端面，打中心孔車床2車兩外圓及倒角車床3銑鍵槽，去毛刺銑床大批量生產(chǎn)產(chǎn)的工藝過過程單件小批生生產(chǎn)的工藝藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1銑端面，打中心孔銑端面打中心孔機床2車大外圓及倒角車床3車小外圓及倒角車床4銑鍵槽銑床5去毛刺鉗工臺2.工步與復(fù)合工步在加工表面、、切削刀具具和切削用量（僅指轉(zhuǎn)速和進給給量）都不變的的情況下，，所連續(xù)完完成的那部部分工藝過過程，稱為為一個工步步。例圖3-5所示2.工步與復(fù)合工步有時為了提提高生產(chǎn)效效率，經(jīng)常常把幾個待待加工表面面用幾把刀刀具同時進進行加工，，這可看作作為一個工工步，并稱稱為復(fù)合工工步，如圖3-7所示。例：表7-1單件小批生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1車一端面，鉆中心孔*；

調(diào)頭，車另一端面，鉆中心孔車床I

2車大外圓及倒角；調(diào)頭，車小外圓、切槽及倒角車床II3銑鍵槽、去毛刺銑床表7-2大批大量生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1銑兩端面，鉆兩端中心孔*銑端面鉆中心孔機床2車大外圓及倒角車床I3車小外圓、切槽及倒角車床II4銑鍵槽專用銑床

5去毛刺鉗工臺圖7–1階階梯軸軸四個五個一個兩個三個兩個一個3.走走刀刀在一個工步步內(nèi)，有些些表面由于于加工余量量太大，或或由于其它它原因，需需用同一把把刀具以及及同一切削削用量對同同一表面進進行多次切切削。這樣樣刀具對工件件的每一次次切削就稱稱為一次走走刀。例如軸類零零件如果要要切去的金金屬層很厚厚，則需分分幾次切削削，這時每每切削一次次就稱為一一次走刀。。因此在切切削速度和和進給量不不變的前提提下刀具完完成一次進進給運動稱稱為一次走走刀。工件在機床床或夾具中中定位并夾夾緊的過程程稱為安裝裝。在一個工序序中應(yīng)盡量量減少安裝裝次數(shù)，以以免增加輔輔助時間和和安裝誤差差.4.安裝在機械加工工工序中，，使工件在在機床上或或在夾具中中占據(jù)某一一正確位置置并被夾緊緊的過程，，稱為裝夾。有時，工工件在機床床上需經(jīng)過過多次裝夾夾才能完成成一個工序序的工作內(nèi)內(nèi)容。安裝是指工件經(jīng)經(jīng)過一次裝裝夾后所完成的那部分工序內(nèi)容。例如，在車車床上加工工軸，先從從一端加工工出部分表表面，然后后調(diào)頭再加加工另一端端，這時的的工序內(nèi)容容就包括兩兩個安裝。。例：表7-1單件小批生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1車一端面，鉆中心孔*；

調(diào)頭，車另一端面，鉆中心孔車床I

2車大外圓及倒角；調(diào)頭，車小外圓、切槽及倒角車床II3銑鍵槽、去毛刺銑床表7-2大批大量生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1銑兩端面，鉆兩端中心孔*銑端面鉆中心孔機床2車大外圓及倒角車床I3車小外圓、切槽及倒角車床II4銑鍵槽專用銑床

5去毛刺鉗工臺圖階梯梯軸兩次兩次一次一次一次一次一次討論：安裝次數(shù)多多好還是少少好？5.工位工件在一次次安裝后，，工件與夾夾具或設(shè)備備的可動部部分一起相相對于刀具具或設(shè)備的的固定部分分所占據(jù)的的每一個位位置上所完完成的那一一部分工藝藝過程稱為為工位。如圖3-9所示采用轉(zhuǎn)位（或移位））夾具、回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工作臺或或在多軸機機床上加工時，，工件在機機床上一次次裝夾后，，要經(jīng)過若若干個位置置依次進行行加工，工工件在機床床上所占據(jù)據(jù)的每一個個位置上所所完成的那那一部分工工序就稱為為工位。簡單來說，，工件相對對于機床或或刀具每占占據(jù)一個加加工位置所所完成的那那部分工序序內(nèi)容，稱稱為工位。圖3－9多多工位加加工工序、安裝裝、工位、、工步和走走刀之間的的關(guān)系如下下：由若干個順順序排列的的工序組成成的，而工工序又可分分為安裝、、工位、工工步和走刀刀?；靖拍钜粋€（或一組）工人，在一個工作地（或一臺機床）上對一個（或同時對幾個工件）連續(xù)完成的那一部分工藝過程稱為工序。安裝是指工件經(jīng)過一次裝夾后所完成的那部分工序內(nèi)容。工藝過程的組成工序安裝基本概念在加工表面面、切削刀刀具、切削削速度和進進給量不變變的條件下下，連續(xù)完完成的那一一部分工序序內(nèi)容稱為為工步。工件相對于于機床或刀刀具每占據(jù)據(jù)一個加工工位置所完完成的那部部分工序內(nèi)內(nèi)容，稱為為工位。加工刀具在在加工表面面上加工一一次所完成成的工步部部分稱為走走刀。工步工位走刀零件的的年生生產(chǎn)綱綱領(lǐng)按按下列列公式式計算算：N=Qn(1+a)(1+b)(3-1)式中N———零零件的的生產(chǎn)產(chǎn)綱領(lǐng)領(lǐng)，單單位為為件／／年；；Q———產(chǎn)品品的年年產(chǎn)量量，單單位為為臺／／年；；n———每臺臺產(chǎn)品品中所所含該該零件件的數(shù)數(shù)量，，單位位為件件／臺臺；a———零件件的備備品百百分率率；b———零件件的廢廢品百百分率率。1.生生產(chǎn)綱綱領(lǐng)產(chǎn)品的的年生生產(chǎn)綱領(lǐng)就就是產(chǎn)產(chǎn)品的的年生產(chǎn)量量。第二節(jié)節(jié)、生產(chǎn)綱綱領(lǐng)與與生產(chǎn)產(chǎn)類型型2.生生產(chǎn)產(chǎn)類型型的劃劃分根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品投投入生生產(chǎn)的的連續(xù)續(xù)性，，可大大致分分為三三種不不同的的生產(chǎn)產(chǎn)類型型。1.單單件件生生產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)品品品種不不固定定，每每一品品種的的產(chǎn)品品數(shù)量量很少少，大大多數(shù)數(shù)工作作地點點的加加工對對象經(jīng)經(jīng)常改改變。。例如如，重重型機機械、、造船船業(yè)等等一般般屬于于單件件生產(chǎn)產(chǎn)。2.大大量量生生產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)品品品種固固定，，每種種產(chǎn)品品數(shù)量量很大大，大大多數(shù)數(shù)工作作地點點的加加工的的對象象固定定不變變。例例如，，汽車車、軸軸承制制造等等一般般屬于于大量量生產(chǎn)產(chǎn)。在成批批生產(chǎn)產(chǎn)中，，根據(jù)據(jù)批量量大小小可分分為小小批、、中批批和大大批生生產(chǎn)。。小批批生產(chǎn)產(chǎn)的特特點接接近于于單件件生產(chǎn)產(chǎn)的特特點，，大批批生產(chǎn)產(chǎn)的特特點接接近于于大量量生產(chǎn)產(chǎn)的特特點，，中批批生產(chǎn)產(chǎn)的特特點介介于單單件和和大量量生產(chǎn)產(chǎn)特點點之間間。因因此生生產(chǎn)類類型可可分為為：單件小小批生生產(chǎn)，，大批批大量量生產(chǎn)產(chǎn)，中中批生生產(chǎn)。各各種種生生產(chǎn)產(chǎn)類類型型的的工工藝藝特特點點見見表3-3。3.成成批批生生產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)品品品品種種基基本本固固定定，，但但數(shù)數(shù)量量少少，，品品種種較較多多，，需需要要周周期期性性地地輪輪換換生生產(chǎn)產(chǎn)，，大大多多數(shù)數(shù)工工作作地地點點的的加加工工對對象象是是周周期期性性的的變變換換。。例：：表7-1單件小批生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1車一端面，鉆中心孔*；

調(diào)頭，車另一端面，鉆中心孔車床I

2車大外圓及倒角；調(diào)頭，車小外圓、切槽及倒角車床II3銑鍵槽、去毛刺銑床表7-2大批大量生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1銑兩端面，鉆兩端中心孔*銑端面鉆中心孔機床2車大外圓及倒角車床I3車小外圓、切槽及倒角車床II4銑鍵槽專用銑床

5去毛刺鉗工臺圖7––1階階梯梯軸軸討論論：：生產(chǎn)產(chǎn)規(guī)規(guī)模模不不同同，，工工序序的的劃劃分分不不一一樣樣。。計算算節(jié)節(jié)拍拍的的公公式式：：t=60ΦΦ/N（（3-2））式中中t————節(jié)節(jié)拍拍，，單單位位為為min/件件；；Φ————機機床床每每年年工工作作時時數(shù)數(shù)，，單單位位為為h；；N————零零件件生生產(chǎn)產(chǎn)綱綱領(lǐng)領(lǐng)，，單單位位為為件件。。Φ=cmnηη式中中c————每每天天班班次次（（以以2計計算算））；；m——每每年周數(shù)數(shù)（以51計算算）；n——每每周一班班工作時時數(shù)（以以35計計算）；；η——設(shè)設(shè)備利用用率，一一般取0.94～0.96。。三、節(jié)拍拍節(jié)拍是指指生產(chǎn)每每一個零件件所規(guī)定定的時間指標(biāo)。。1.工藝規(guī)程的作用1.工工藝規(guī)程程是指導(dǎo)導(dǎo)生產(chǎn)的的主要技技術(shù)文件件2.工工藝規(guī)程程是組織織生產(chǎn)和和管理工工作的基基本依據(jù)據(jù)3.工工藝規(guī)程程是新建建或擴建建工廠或或車間的的基本資資料第三節(jié)機機械加工工工藝規(guī)規(guī)程機械加工工工藝規(guī)規(guī)程簡稱稱為工藝藝規(guī)程，，是指導(dǎo)導(dǎo)機械加加工的主主要技術(shù)術(shù)文件。。它是以工工序為單單位說明明一個零零件全部部加工過過程的工工藝卡片片。這種種卡片包包括零件件各個工工序的名名稱、工工序內(nèi)容容，經(jīng)過過的車間間、工段段、所用用的機床床、刀具具、夾具具、量具具，工時時定額等等。主要要用于單單件小批批生產(chǎn)以以及生產(chǎn)產(chǎn)管理中中。2.常用工藝文件的種類（1）機機械加工工工藝過過程卡片片如表3-5所示示，它是是根據(jù)工工藝卡片片的每一一道工序序制訂的的，主要要用來具具體指導(dǎo)導(dǎo)操作工工人進行行生產(chǎn)的的一種工工藝文件件。多用用于大批批大量生生產(chǎn)或成成批生產(chǎn)產(chǎn)中比較較重要的的零件。。該卡片片中附有有工序簡簡圖，并并詳細(xì)記記載了該該工序加